Structure and biocatalytic properties of nitrilases from filamentous fungi

Abstract

Filamentous fungi are alongside bacteria a rich source of nitrilases that can be used for biotechnological purposes. There is a large number of sequences of putative nitrilases in databases, but few of these enzymes have been expressed, purified and characterized. According to the sequences in GenBank database, synthetic genes of putative nitrilases from Aspergillus niger CBS 513.88 and Neurospora crassa OR74A were designed, expressed in Escherichia coli and the nitrilases produced were purified and characterized. The effect of chaperone-assisted nitrilase expression was also examined using a set of commercial chaperone plasmids. The structural properties of nitrilases were examined using various methods, such as homology modelling, sedimentation velocity analysis or electron microscopy. Recombinant nitrilase production was compared to their production by native producers - filamentous fungi. The cultivation of native producers was rather difficult and nitrilase production was very low, therefore, the advantage of using prokaryotic expression system was highlighted. Nitrilases with amino acids close to the catalytic cysteine replaced were prepared in order to study the effects of certain amino acids on the activity, chemoselectivity and enantioselectivity of nitrilases. The catalytic properties of...

Vláknité houby jsou vedle bakterií bohatým zdrojem nitrilas využitelných pro biotechnologické účely. V databázích lze najít velké množství sekvencí domnělých nitrilas, ale jen málo těchto enzymů bylo exprimováno, purifikováno a charakterizováno. Syntetické geny nitrilas z Aspergillus niger CBS 513.88 a Neurospora crassa OR74A byly navrženy podle sekvencí uložených v databázi GenBank. Tyto geny byly exprimovány v Escherichia coli a získané nitrilasy byly purifikovány a charakterizovány. Také byla studována ko-exprese molekulárních chaperonů s nitrilasami pomocí sady komerčních chaperonových plasmidů. Pro studium strukturních vlastností nitrilas byly použity různé metody, jako je homologní modelování, analytická ultracentrifugace nebo elektronová mikroskopie. Produkce rekombinantních nitrilas byla srovnána s produkcí nativními producenty - vláknitými houbami. Vzhledem k nízké produkci enzymu těmito houbami a jejich obtížné kultivaci se ukázalo být výhodným využití prokaryotického expresního systému. Vliv aminokyselin v blízkosti katalytického cysteinu na aktivitu, chemoselektivitu a enantioselektivitu byl studován pomocí bodových mutací. Vliv určitých aminokyselin v blízkosti katalytického centra enzymu na jeho vlastnosti je podobný i u vzdáleně příbuzných nitrilas, proto je možné katalytické...